RU2622477C1 - Припой для пайки алюминия и его сплавов - Google Patents
Припой для пайки алюминия и его сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2622477C1 RU2622477C1 RU2016127029A RU2016127029A RU2622477C1 RU 2622477 C1 RU2622477 C1 RU 2622477C1 RU 2016127029 A RU2016127029 A RU 2016127029A RU 2016127029 A RU2016127029 A RU 2016127029A RU 2622477 C1 RU2622477 C1 RU 2622477C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solder
- aluminum
- zirconium
- content
- nickel
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/28—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении высоконагруженных паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой для пайки алюминия и его сплавов содержит следующие компоненты, мас.%: кремний 6,0÷10,0; германий 7,0÷20,0; стронций 0,005÷0,2; натрий 0,005÷0,05; бериллий 0,005÷0,1; железо 0,15÷0,3; хром 0,005÷1,5; цирконий 0,005÷1,5; по крайней мере один элемент из группы, содержащей марганец, никель, кобальт и молибден при суммарном содержании от 0,5 до 3,4; алюминий - остальное, при этом соотношение содержания хрома и циркония в сплаве составляет 1:1, а содержание никеля не превышает 0,8 мас.%. Припой может дополнительно содержать магний в количестве 0,1÷1,5 мас.%. Понижается температура плавления припоя, повышается прочность и коррозионная стойкость паяных конструкций. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении высоконагруженных паяных конструкций из алюминия и его сплавов.
Известен припой для пайки алюминиевых сплавов состава (в мас.%): германий 14÷52, по крайней мере, один из компонентов группы: кремний, магний, висмут, стронций, литий, медь, кальций, цинк и олово 0÷10, алюминий - остальное (международная заявка WO/1992/019780, В23K 35/28, С22С 21/00), аналог.
Недостатками известного припоя является высокая стоимость, низкая коррозионная стойкость паяных соединений вследствие высокого содержания германия, что накладывает ограничения на номенклатуру получаемых полуфабрикатов.
Известен припой состава (в мас.%): кремний 4÷12, германий 4,6÷25, стронций 0,003÷0,01, церий 0,02÷0,15, алюминий - остальное (патент RU №2297907, В23K 35/28, С22С 21/02), прототип.
Недостатками данного припоя является недостаточная прочность для получения высоконагруженных паяных конструкций, а также низкие технологические характеристики при пайке на температурах ниже 580°С.
Задачами изобретения являются повышение эксплуатационных характеристик, увеличение номенклатуры паяных соединений из алюминиевых сплавов и срока службы получаемых конструкций.
Техническими результатами являются понижение температуры плавления припоя, повышение прочности и коррозионной стойкости паяных конструкций.
Указанные технические результаты достигаются тем, что припой для пайки алюминия и его сплавов, содержащий алюминий, кремний, германий, стронций, натрий, бериллий, железо, хром, цирконий и, по крайней мере, один элемент из группы, содержащей марганец, никель, кобальт и молибден при следующем соотношении компонентов (мас.%): кремний 6,0÷10,0; германий 7,0÷20,0; стронций 0,005÷0,2; натрий 0,005÷0,05; бериллий 0,005÷0,1; железо 0,15÷0,3; хром 0,005÷1,5; цирконий 0,005÷1,5; по крайней мере, один элемент из группы, содержащей марганец, никель, кобальт и молибден при суммарном содержании от 0,5 до 3,4; алюминий - остальное, при этом соотношение содержания хрома и циркония в сплаве составляет 1:1, а содержание никеля не превышает 0,8 мас.%.
Припой дополнительно содержит магний в количестве 0,1÷1,5 мас.%.
Основными легирующими компонентами, обеспечивающими снижение температуры плавления припоя, являются германий и кремний. В результате в сплаве формируется структура, содержащая две эвтектические фазы Al+Ge(Si) и Al+Si(Ge). Фаза с преобладанием германия Ge(Si) является более легкоплавкой по сравнению с фазой с преобладанием кремния. Вместе с этим при большом содержании германия возможно формирование в структуре металла отдельной германиевой фазы, не связанной с кремниевой фазой и обладающей стандартным электродным потенциалом, существенно отличающимся от алюминиевой основы. Формирование такой фазы приводит к возможности снижения коррозионных свойств припоя. Поэтому для обеспечения оптимальных коррозионных свойств и низкой температуры плавления необходимо обеспечить содержание германия в сплаве от 7 до 20 мас.%, а кремния - от 6 до 10 мас.%. При большем содержании кремния в припое будут формироваться первичные кристаллы кремния с германием, что приведет к снижению пластических свойств припоя. При меньшем содержании кремния не получится обеспечить снижение температуры плавления припоя ниже 580°С.
С целью увеличения прочности паяных соединений предлагается припой дополнительно легировать хромом и цирконием. Хром и цирконий, являясь переходными металлами, имеют малое значение коэффициента диффузии в алюминии, определяют высокую стабильность аномально пересыщенного твердого раствора данных металлов в алюминии, и высокую устойчивость дисперсных интерметаллидных фаз, упрочняющих металл. Вместе с этим малое значение коэффициента диффузии данных металлов в алюминии затрудняет насыщение ими алюминиевой основы. Поэтому для формирования равномерной структуры на стадии изготовления полуфабрикатов желательно обеспечивать скорости охлаждения слитка на уровне 103÷104°C/с. При этом хром имеет параметр кристаллической решетки, меньший по сравнению с алюминием, а цирконий - больший. В связи с этим для достижения большей равномерности твердого раствора и достижения наибольших механических свойств припоя необходимо, чтобы совместное легирование хромом и цирконием осуществлялось при соотношении 1:1.
Добавки натрия и стронция служат в качестве модификаторов и позволяют повысить пластичность и технологические свойства припоя. Для достижения удовлетворительных пластических свойств припоя оптимальное содержание натрия и стронция должно быть в следующих диапазонах (в мас.%): натрий 0,005÷0,05; стронций 0,001÷0,2.
Добавка бериллия в припое позволяет уменьшить окисление и выгорание легкоиспаряющихся компонентов припоя в процессе плавки, поскольку бериллий уплотняет оксидную пленку. Оптимальным содержанием бериллия в сплаве должно быть 0,001÷0,1 мас.%.
Железо является вредной примесью в алюминиевых сплавах, но вместе с этим оно улучшает технологические свойства при полунепрерывном литье сплава. В связи с этим, для обеспечения технологичности при изготовлении полуфабрикатов нижний предел содержания железа должен быть не менее 0,15 мас.%. При содержании железа в сплаве более 0,3 мас.% возможно появление грубых интерметаллидных фаз, существенно снижающих механические свойства материала. При этом при совместном введении железа и кремния образуются эвтектические включения (в частности, фазы Al8FeSi), способствующие более равномерной деформации в микрообъемах в процессе обработки давлением.
Совместное легирование припоя марганцем и никелем приводит к увеличению прочности паяных соединений. Это связано с тем, что железо и никель находятся в припое в виде включений фазы Al9FeNi, частицы которой при скоростях охлаждения, соответствующих охлаждению паяной конструкции на воздухе, равномерно располагаются по объему матрицы. При этом содержание никеля в сплаве не должно превышать 0,8 мас.%. При большем содержании никеля в сплаве возможно образование грубых фаз, содержащих никель, кремний, германий и алюминий, что приводит к снижению механических свойств сплава. Добавки марганца позволяют изменять морфологию грубых фаз, содержащих железо, кремний и никель, которые принимают вид «китайских иероглифов» и в меньшей степени снижают механические свойства припоя.
Добавки кобальта и молибдена улучшают прокаливаемость алюминиевого сплава, стабилизируя твердый раствор при высоких температурах. В результате при различных способах пайки, предусматривающих охлаждение вместе с печью и характеризующихся длительным циклом охлаждения, данные компоненты позволяют замедлить распад твердого раствора и повысить механические свойства паяного соединения. Исходя из крайне ограниченной растворимости данных компонентов в алюминии, их содержание не должно превышать 0,8÷1,0 мас.% при изготовлении припоя при скоростях охлаждения 10÷100°C/с. В случае кристаллизации сплава при скоростях охлаждения 103÷104 °C/с данные компоненты имеют большую растворимость в алюминии, и их суммарное содержание не должно превышать 1,8÷2,0 мас.%. При большем содержании кобальт и молибден могут вступать во взаимодействие с другими компонентами припоя с образованием грубых интерметаллидных фаз.
При содержании в припое в количестве, меньшим 0,005 мас.%, такие элементы, как марганец, никель, кобальт и молибден, не оказывают существенного воздействия на свойства соединений. При суммарном содержании более 3,4 мас.% в структуре припоя формируются отдельные фазы на основе данных элементов, что может привести к снижению механических и коррозионных свойств.
В случае использования припоя для пайки в вакууме, в его состав предпочтительно вводить небольшие добавки магния. Упругость паров оксидной пленки алюминия в вакууме крайне мала и при обычных условиях пайки ее разрушение не наблюдается, что не позволяет получать качественные паяные соединения. В связи с этим, для разрушения оксидной пленки на алюминиевых сплавах при вакуумной пайке применяют металлы-активаторы, которые, вступая во взаимодействие с оксидами, их разрыхляют и позволяют обеспечить доступ жидкого припоя к паяемой поверхности. Легкоиспаряющимся (с температурой начала испарения ниже температуры плавления припоя на основе алюминия) металлом-активатором является магний. Добавки магния в количестве до 1,5 мас.% в припой на нагреве выше 400°C позволяют обеспечить получение качественных паяных соединений. При этом для пайки в воздушной атмосфере с использованием флюсов на основе фторидов, добавки магния в припой крайне нежелательны, поскольку при нагреве под пайку на поверхности образуется слой фторидов магния (например, MgF2, KMgF3, K2MgF4) с высокой температурой плавления, что препятствует формированию паяных соединений.
Предлагаемый припой позволяет обеспечить высокий уровень прочности паяного соединения при возможности проведения процесса пайки при температурах ниже 595°C, что позволит использовать в паяных конструкциях большинство современных конструкционных алюминиевых сплавов.
Пример 1
Были получены ленточки припоя (50×150 мм и толщиной 0,08 мм) составов, приведенных в табл. 1 (представлены результаты химического анализа слитков). Ленточки были получены методом спинингования с разливкой расплава заданного состава. Скорость охлаждения составляла примерно 5⋅103÷104°C/с. Температура ликвидус (полного расплавления) полученных припоев определялась методом дифференциальной сканирующей колориметрии (значения температуры ликвидус также представлены в табл. 1).
Для проведения сравнительных испытаний был изготовлен припой следующего состава (в мас.%): кремний 10,0; германий 18,0; стронций 0,008; церий 0,1; алюминий - остальное (прототип). Слиток припоя получался методом разливки расплава заданного химического состава в медную плоскую изложницу размером 10×280 мм, толщина слитка составляла 5 мм. После этого осуществляли деформирование слитка с помощью горячей и последующей холодной прокатки до толщины 0,1 мм. Температура плавления припоя составляла 562°C.
Для пайки выбранными припоями были изготовлены образцы из сплава В1341 толщиной 3 мм. Пайка образцов осуществлялась внахлест в печи с воздушной атмосферой с использованием флюса ФПА-1 при температуре 580°C, время выдержки 5 мин. Для исследования каждого образца припоя были изготовлены 5 паяных образцов, пайка которых осуществлялась за одну садку.
Испытания паяных образцов проводились на стандартизованной испытательной машине марки Instron. В результате проведенных испытаний было установлено, что механическая прочность предлагаемых припоев выше по сравнению с прочностными характеристиками припоя-прототипа (табл. 2).
Пример 2
Были получены ленточки припоя (30×280 мм) следующего состава (в мас.%): кремний 9,0; германий 12,0; стронций 0,008; натрий 0,005; бериллий 0,1; железо 0,3; хром 1,5; цирконий 1,5; кобальт 0,1; молибден 0,2; магний 1,0; алюминий - остальное. Ленточки припоя были получены методом экстракции из расплава со скоростью охлаждения примерно 103÷104°C/с. Температура плавления припоя составляла 546°C. Для проведения сравнительных испытаний также была изготовлена фольга (толщина 0,1 мм) припоя следующего состава (в мас.%): кремний 10,0; германий 16,0; стронций 0,008; церий 0,1; магний 1,0; алюминий - остальное (припой - прототип). Температура плавления припоя составила 565°C.
Для пайки выбранными припоями методом фрезерования были изготовлены образцы из сплава В1341 толщиной 3 мм. Пайка образцов осуществлялась внахлест в вакуумной печи типа СГВ-2 с остаточным давлением в рабочей камере 10-5 мм рт.ст. при температуре 580°C, время выдержки 2 мин. Для исследования каждого образца припоя были изготовлены 5 паяных образцов.
Проведенные механические испытания показали, что среднее значение временного сопротивления на разрыв для предлагаемого припоя составляет 245 МПа, а для припоя-прототипа - 204 МПа. Разрушение образцов происходило по основному металлу в зоне, граничащей с паяным швом.
Claims (4)
1. Припой для пайки алюминия и его сплавов, содержащий кремний, германий, стронций и алюминий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит натрий, бериллий, железо, хром, цирконий и по крайней мере один элемент из группы, содержащей марганец, никель, кобальт и молибден, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
при этом соотношение содержания хрома и циркония составляет 1:1, а содержание никеля не превышает 0,8 мас.%.
2. Припой по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит магний в количестве 0,1÷1,5 мас.%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016127029A RU2622477C1 (ru) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | Припой для пайки алюминия и его сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016127029A RU2622477C1 (ru) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | Припой для пайки алюминия и его сплавов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2622477C1 true RU2622477C1 (ru) | 2017-06-15 |
Family
ID=59068428
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016127029A RU2622477C1 (ru) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | Припой для пайки алюминия и его сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2622477C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10249580A (ja) * | 1997-03-10 | 1998-09-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Al合金ろう材およびAl合金製熱交換器の製造方法 |
RU2297907C1 (ru) * | 2005-08-18 | 2007-04-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") | Припой для пайки алюминиевых сплавов и способ его получения |
RU2441736C1 (ru) * | 2010-11-24 | 2012-02-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") | Припой для пайки алюминия и его сплавов |
CN104227263A (zh) * | 2014-07-16 | 2014-12-24 | 浙江大学 | 一种低熔点高强度铝合金粉末钎料及其制备方法 |
RU2584357C1 (ru) * | 2014-11-26 | 2016-05-20 | Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") | Припой для пайки алюминия и его сплавов |
-
2016
- 2016-07-06 RU RU2016127029A patent/RU2622477C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10249580A (ja) * | 1997-03-10 | 1998-09-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Al合金ろう材およびAl合金製熱交換器の製造方法 |
RU2297907C1 (ru) * | 2005-08-18 | 2007-04-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") | Припой для пайки алюминиевых сплавов и способ его получения |
RU2441736C1 (ru) * | 2010-11-24 | 2012-02-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") | Припой для пайки алюминия и его сплавов |
CN104227263A (zh) * | 2014-07-16 | 2014-12-24 | 浙江大学 | 一种低熔点高强度铝合金粉末钎料及其制备方法 |
RU2584357C1 (ru) * | 2014-11-26 | 2016-05-20 | Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") | Припой для пайки алюминия и его сплавов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6951438B2 (ja) | SnBiSb系低温鉛フリーはんだ | |
JP6649889B2 (ja) | アルミニウム合金ブレージングシート | |
US10543571B2 (en) | Cu-added Ni—Cr—Fe-based alloy brazing material | |
US3811177A (en) | Process for brazing workpieces of aluminum containing material | |
Tu et al. | Influence of Ce addition on Sn-3.0 Ag-0.5 Cu solder joints: thermal behavior, microstructure and mechanical properties | |
KR101651400B1 (ko) | 내식성이 우수한 니켈 납땜재 | |
US20200030921A1 (en) | Alloys | |
CN109352208B (zh) | 一种Sn-Bi系低银无铅钎料合金及其制备方法 | |
CN101623800B (zh) | 镁基钎料合金及其制备方法 | |
CN105364335A (zh) | Al-Ag-Cu-Mg铝基合金态钎料及其制备方法 | |
JP2022177040A (ja) | ダイカスト用アルミニウム合金及びアルミニウム合金ダイカスト材 | |
RU2441736C1 (ru) | Припой для пайки алюминия и его сплавов | |
JP2012024827A (ja) | アルミニウム材のフラックスレスろう付方法およびフラックスレスろう付用アルミニウム合金ブレージングシート | |
JP5818132B2 (ja) | インゴットの製造方法 | |
RU2297907C1 (ru) | Припой для пайки алюминиевых сплавов и способ его получения | |
JP2014037576A (ja) | アルミニウム合金製ブレージングシートおよびそのろう付け方法 | |
RU2622477C1 (ru) | Припой для пайки алюминия и его сплавов | |
JP5695490B2 (ja) | アルミニウム合金製ブレージングシート | |
RU2584357C1 (ru) | Припой для пайки алюминия и его сплавов | |
CN106929721A (zh) | 一种低热裂倾向的高强度Al‑Cu合金及其制备方法 | |
JP3020998B2 (ja) | アルミニウム部材のろう付け用ろう材 | |
RU2596535C2 (ru) | Припой для пайки алюминия и его сплавов | |
EP3192883B1 (en) | Ai alloy containing cu and c and its manufacturing method | |
Sungkhaphaitoon et al. | Effects of Indium Content on Microstructural, Mechanical Properties and Melting Temperature of SAC305 Solder Alloys | |
Xu et al. | Effect of Ca element on oxygen content, wetting and spreading properties of Au–Ga filler metal |